Кодирование графической информации

1. Кодирование графической информации

• Видеопамять — часть оперативной памяти,
отведённая для хранения данных, которые
используются для формирования изображения на
экране монитора.
• Существует выделенная оперативная память для
видеокарт, также называемая «Видеопамятью».
• Как правило, чипы оперативной памяти припаяны
прямо к плате видеокарты, в отличие от съёмных
модулей системной памяти.
• Такая Оперативная Память используется только под
нужды различных графических приложений и игр.
1

2. Кодирование графической информации

• В видеопамяти находится двоичная информация об
изображении, выводимом на экран. Почти все
создаваемые с помощью компьютера изображения
можно разделить на две категории -- растровую и
векторную графику.
• Растровые изображения представляют собой
однослойную сетку точек, называемых пикселями.
Код пикселя содержит информацию и о его цвете.
• Оцифровка изображения. При оцифровке
изображение с помощью объектива проецируется на
светочувствительную матрицу m строк и n столбцов,
называемую растром. Далее оцифровывается яркость
каждой точки по каждому цвету последовательно по всем
строкам растра.
2

3. Особенности растровой графики

• Пиксели подобны зернам фотографии и при
значительном увеличении они становятся
заметными. Растровая карта представляет собой
набор (массив) троек чисел: две координаты пикселя
на плоскости и его цвет.
3

4. Растровая графика

• Кроме размера изображения, важной является
информация о количестве цветов, закодированных
в файле.
• Если для кодирования цвета отвести 8 бит - то такой
рисунок может содержать 2^8=256 различных цветов
(от 00000000 до 11111111);
• 16 бит – 2^16=65 536 различных цветов (так
называемый High Color).
• Если отвести 24 бита, то потенциально рисунок
может содержать 2^24=16 777 216 различных цветов
и оттенков – что примерно соответствует восприятию
цветов глазом человека. В последнем случае
кодировка называется 24-bit True Color.
4

5. Растровая графика

• Количество различных цветов -- К и
количество битов для их кодировки -- N
связаны между собой простой
формулой:
2N = К.
5

6. Растровая графика

• Чем меньше размер пикселя, тем больше
разрешение (resolution), то есть, тем более мелкие
детали можно закодировать в таком графическом
файле.
• Размеры растровых изображений
выражаются в виде количества пикселей по
горизонтали и вертикали, например:
1600×1200. В данном случае это означает,
что ширина изображения составляет 1600, а
высота — 1200 точек (такое изображение
состоит из примерно двух мегапикселей).
6

7. Векторная графика

• Основным логическим элементом векторной графики
является геометрический объект.
• В качестве объекта принимаются простые
геометрические фигуры
(так называемые примитивы – точка, прямоугольник,
окружность, эллипс, линия), составные фигуры или
фигуры, построенные из примитивов, цветовые
заливки.
7

8. Векторная графика

• Каждый элемент векторного изображения является
объектом, который описывается с помощью языка
математических уравнений линий, дуг, окружностей и
т. д.
• Сложные объекты (ломаные линии, различные
геометрические фигуры) представляются в виде
совокупности элементарных графических объектов.
• Объекты векторного изображения, в отличии от
растровой графики, могут изменять свои размеры
без потери качества (при увеличении растрового
изображения увеличивается зернистость).
8

9. Достоинства векторной графики

• У векторной графики много достоинств. Она экономна в
плане дискового пространства, это связано с тем, что
сохраняется не само изображение, а только некоторые
основные данные, используя которые, программа всякий
раз воссоздает изображение заново.
• Объекты векторной графики легко изменяются и
модифицируются, что не оказывает практически никакого
влияния на качество изображения. Масштабирование,
поворот, искривление сведены к паре-тройке
элементарных преобразований над векторами.
• Примером использования векторной графики является
графический редактор СorelDraw, все 3D редакторы.
9

10. Недостатки векторной графики

• Векторный принцип описания изображения
не позволяет автоматизировать ввод
графической информации, как это делает
сканер для растровой графики.
10

11. Цветовая модель

• Способ разделения цвета на составляющие
компоненты называется Цветовой моделью. В
компьютерной графике применяются 2 основные
цветовые модели: RGB и CMYK
11

12. Цветовая модель RGB

• Изображение в данной цветовой модели состоит из
трёх каналов. При смешении основных цветов
(основными цветами считаются красный- Red,
зелёный - Green и синий - Blue :) — например, синего
(B) и красного (R), мы получаем фиолетовый (M
magenta), при смешении зеленого (G) и красного
(R) —ЖЕЛТЫЙ (Y yellow), при смешении зеленого (G) и
синего (B) — циановый (С cyan). При смешении всех
трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет
(W).
12

13. Цветовая модель

• Интенсивность каждого из трех цветов - это
один байт (т. е. число в диапазоне от 0 до
255). Таким образом, цвет удобно записывать
тремя байтами.
• То есть ярко-синий цвет может быть
определён как (0,0,255), красный как
(255,0,0), ярко-фиолетовый — (255,0,255),
ярко-ЖЕЛТЫЙ — (255,255,0), бледно-ЖЕЛТЫЙ —
(1,1,0),
• чёрный — (0,0,0), а белый — (255,255,255)
13

14. Цветовая модель RGB-цветовая модель представленная в виде куба:

14

15. Цветовая модель

• Цветовая модель CMYK соответствует рисованию
красками на бумажном листе и используется при
работе с отраженным цветом, т. е. для подготовки
печатных документов.
15

16. Цветовая модель CMYK

• Цветовыми составляющими этой модели
являются цвета: голубой (Cyan), лиловый
(Magenta), желтый (Yellow) и черный (Black).
Черный цвет задается отдельно.
16

17. Кодирование звука

• Из курса физики известно, что звук - это колебания
воздуха. Если преобразовать звук в электрический сигнал
(например, с помощью микрофона), мы увидим плавно
изменяющееся с течением времени напряжение.
• Для компьютерной обработки такой - аналоговый - сигнал
нужно преобразовать в последовательность двоичных
чисел.
• Поступают следующим образом. Измеряют напряжение
через равные промежутки времени и записывают
полученные значения в память компьютера. Этот процесс
называется дискретизацией (или оцифровкой), а
устройство, выполняющее его - аналого-цифровым
преобразователем (АЦП).
17

18. Кодирование звука

• Для того чтобы воспроизвести закодированный таким
образом звук, нужно выполнить обратное
преобразование: (для него служит цифроаналоговый преобразователь - ЦАП) - сгладить
получившийся ступенчатый сигнал.
• Во время оцифровки сигнал дискретизируется по
времени и по уровню.
• Дискретизация по времени выполняется следующим
образом: весь период времени Т разбивается на
малые интервалы времени t, точками t1, t2, …, tn.
Предполагается, что в течение интервала уровень
сигнала изменяется незначительно и может с
некоторым допущением считаться постоянным.
18

19. Кодирование звука

• Величина =1/ t называется частотой
дискретизации. Частота дискретизации количество отсчетов за секунду.
• Она измеряется в герцах. (Гц) – количество измерений в
течение сек.
Дискретизация по уровню называется квантованием и
выполняется так: область измерения сигнала от самого
малого значения X min (х0) до самого большого X max
разбивается на N равных квантов, промежутков
величиной ΔX точками х1, х2, … , хn, xi = Xmin +
Каждый квант связывается с его порядковым номером,
т.е. целым числом, которое легко может быть
представлено в двоичной С.С. Если сигнал после
дискретизации по времени попадает в промежуток
Xi-1 X Xi , то ему в соответствие ставится код i.
19

20. Кодирование звука

• Схема дискретизации звукового сигнала
20

21. Кодирование звука

• Число уровней подбирается так, чтобы звук не имел
высокого уровня шума и «электронного» оттенка
звучания.
• Высокое качество воспроизведения получается в
формате лазерного аудиодиска при следующих
параметрах оцифровки: частота дискретизации –
44,1 Кгц и выше, квантование – 16 бит или 24 бит
• 1 секунда стереозвука при высоком качестве звука
занимает примерно 176 Кб дисковой памяти.
• При этом 1 сек звуковой записи телефонных
переговоров займет на диске 8000 байт.
21

22. Кодирование звука

22

23. Кодирование звука

• Терминология
кодер – программа (или устройство),
реализующая определенный алгоритм
кодирования данных (например, кодер MP 3),
которая в качестве ввода принимает
исходную информацию, а в качестве вывода
возвращает закодированную информацию в
определенном формате.
• декодер – программа (или устройство),
реализующая обратное преобразование
закодированного сигнала в декодированный
23